Ott 11

Il neutrino massiccio e la materia oscura ***

Non possiamo ancora entrare nel modello standard (che, tra parentesi, dovrebbe essere cambiato dato che la massa del neutrino non era prevista…), ma possiamo sempre cercare di capire molto grossolanamente cosa significa “oscillazione” del neutrino, anche perché una bella infarinata di meccanica quantistica l’abbiamo acquisita. In particolare ci interessa il “sapore” del neutrino. No, nessuno ha mai potuto assaggiarli, ma si è convenuto di chiamare “sapore” di una particella un certo numero “quantico” relativo al suo “stato” .

Immaginiamo che il sapore sia proprio un certo “gusto” della particella o -se preferite- un certo colore (è più semplice da descrivere). Supponiamo che esistano particelle con solo due colori osservabili: il verde scuro e il verde brillante. Potremmo considerarli stati fondamentali, ma commetteremmo un errore. I veri stati originari sono il blu e il giallo e solo una loro diversa percentuale dona le due tonalità di verde. Più esattamente, se predomina il giallo, il verde è più brillante; se predomina il blu, il verde diventa scuro. Attenzione… non pensate veramente a particelle blu e gialle che si mischiano, ma a stati quantici che si sovrappongono…

Qualcosa del genere capita nell’oscillazione del neutrino, come già aveva ipotizzato Pontecorvo. I sapori dei neutrini sono, in realtà, tre (ma potrebbero anche essere di più …) e danno luogo al neutrino elettrone, al neutrino mu (muonico) e al neutrino tau (tauonico). Senza entrare troppo nello specifico, consideriamo solo due tipi di neutrini. Per molto tempo si era sicuri che essi non cambiassero mai il proprio stato, anche a seguito di interazioni con altre particelle. Un po’ alla volta, però, ci si accorse che qualcosa di strano doveva accadere, dato che si misuravano eccessi e perdite di neutrini di un certo sapore, del tutto inspiegabili. Teniamo conto che i neutrini risentono ben poco delle interazioni fondamentali e sono capaci di attraversarci senza che ce se ne possa accorgere. Lo stesso capita anche per il pianeta Terra. In poche parole, rilevare anche solo pochi neutrini è un’impresa difficilissima e in parte fortunosa.

Per semplicità consideriamo solo due sapori di neutrini osservabili. Originariamente, devono esistere due stati a e b che danno luogo a quelli rilevabili, attraverso due diverse combinazioni (verde brillante e verde scuro).  Sovrapponendo  a e b possiamo ottenere un neutrino elettrone per un certo rapporto tra le percentuali di a e b; si ottiene invece un neutrino mu se le percentuali cambiano. Immaginiamo che i neutrini “composti” partano da una sorgente come il Sole sotto forma di SOLO neutrini elettroni.  Se non avessero massa tutto resterebbe tale e quale.

Se, invece, a e b, che compongono i neutrini elettroni, avessero una massa non nulla e diversa tra loro, cambierebbe la loro velocità mentre si dirigono verso di noi (stiamo parlando di propagazione di funzione d’onda, ovviamente…). a, ad esempio, rimarrebbe indietro rispetto a b. In altre parole (e senza entrare nei dettagli)  cambierebbero le percentuali dei due stati di base che producono i neutrini osservabili. Invece di neutrini elettroni si osserverebbero neutrini mu.

Il risultato è che il flusso di neutrini che vengono emessi dal Sole, che inizialmente è costituito da soli neutrini elettroni, diventa un mix di neutrini elettroni e neutrini mu. A prima vista, sembrerebbe esistere una inspiegabile deficienza di neutrini elettroni, che viene, invece, spiegata attraverso l’oscillazione dei neutrini.

Ribadiamo ancora il significato di oscillazione: una sovrapposizione con percentuali diverse degli “stati “ porta a un’alterazione del fascio del neutrini in funzione della distanza dalla sorgente. Pur potendo osservare soltanto la combinazione degli stati originali, è possibile capire che essi cambiano la propria composizione (da elettroni passano a mu), ossia cambiano identità. Ciò, però, può capitare solo se essi possiedono una massa.

Tanti complimenti ai due premi Nobel, tenendo conto che se fosse ancora in vita, il riconoscimento lo avrebbe “beccato” anche -e soprattutto- Pontecorvo.

Fermiamoci qui e introduciamo un diagramma molto indicativo che descrive le varie ipotesi sulla materia oscura. In particolare si vedono sia quelle che hanno bisogno di particelle esotiche, sia quelle che potrebbero arrangiarsi solo con la materia ordinaria, ossia quella barionica o con altre particelle ben note. I neutrini hanno acquistato massa e la parte a destra diventa nuovamente un candidato estremamente importante.

In pratica, la materia oscura "fredda" (con velocità decisamente modeste" dovrebbe aver bisogno di particelle non barioniche esotiche e mai rilevate. I neutrini, con la loro massa, potrebbero ridiventare i primi attori. E' ora di studiarli molto meglio, trascurando per un po' i giochi un po' troppo fantascientifici.
In pratica, la materia oscura "fredda" (con velocità decisamente modeste) dovrebbe aver bisogno di particelle non barioniche esotiche e mai rilevate. I neutrini, con la loro massa, potrebbero ridiventare i primi attori. E' ora di studiarli molto meglio, trascurando per un po' i giochi un po' troppo fantascientifici.

La scoperta che il neutrino ha massa, seppur estremamente bassa, lo rende candidato principe a rappresentare almeno una parte della materia oscura e potrebbe spiegare l'eccesso di massa degli ammassi e superammassi di galassie, ma –forse- non quello delle singole galassie, perché esso si muove a velocità prossima a quella della luce, sfuggendo prima o poi all'attrazione gravitazionale ed uscendo da esse. Almeno così si dice… Ma, mentre la massa del neutrino è ormai una certezza, le altre particelle non barioniche restano solo e soltanto un’utopia mai rilevata negli esperimenti. Se teniamo in conto l’ipotesi MOND (forza di gravità newtoniana non valida a grandi distanze) e il fatto che ancora non si conosce il valore della massa del neutrino (senza contare la possibile esistenza di un quarto neutrino) sembra proprio che molte teorie ultramoderne e tanto mediatiche (riempiono la bocca di chi ne parla, magari a sproposito) potrebbero essere confinate nella fantascienza.

Magari mi sbaglio completamente, ma non mi dispiace pensare che la materia resti sempre e comunque qualcosa di osservabile, anche se con grandi difficoltà.

Resta ancora invadente l'energia oscura... ma, sappiamo bene che essa nasce da  misure fatte sulle supernove di tipo Ia, che oggi stanno un po' vacillando come indicatori di distanza. Forse, forse, tornare di  più alle osservazioni non sarebbe male...

5 commenti

  1. Mario Fiori

    Però Enzo, sto' neutrino , finalmente, diventa meno neutr(ino), non nel senso di carica elettromagnetica ovviamente (altrimenti la parola neutro a che serve), ma diventa una particella...di peso (massa) :lol:

  2. eh sì Mario... un po' troppo snobbato finora (come peso). :mrgreen:

  3. AlexanderG

    Ciao!
    Come sempre sono indietro con i post, ormai non è più una novità ;)
    Ho capito che non è ancora nota la massa del neutrino, ma tanto per avere l'idea dell'ordine di grandezza, quanti neutrini ci potrebbero volere per fare un elettrone?

    Un carissimo saluto,
    Alex.

  4. AlexanderG

    Ciao!
    Come sempre sono indietro con i post, ormai non è più una novità ;)
    Ho capito che non è ancora nota la massa del neutrino, ma tanto per avere l'idea dell'ordine di grandezza, quanti neutrini ci potrebbero volere per fare un elettrone?

    Un carissimo saluto,
    Alex.

  5. caro Alex,
    probabilmente molto più piccola, ma ancora non si sa quanto... Speriamo di saperlo presto... :wink:

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